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电子材料期末总结 电固体物理学是电子材料物 1、电子材料的结晶晶体长程有序有固非晶体短程有序没准晶体有准周期性 2、电子材料的学科1）、半导体材料2）、电介质材料3）、磁性材料4）、金属材料5）、超导材料其中半导体材料能电池；磁性材料包 1、七大晶系三斜、单十四种布拉伐格子， 2、晶列和晶面指数晶列通过一格点可以有在一平面中，同族的相邻晶晶面指数晶体内三个非用弥勒指数表示。 3、倒格子倒格子并非物理上的格子，只中起着重要作用。 倒格子基矢与正格子基矢的计算表明f的倒格子是b 4、倒格矢的性质是密勒指数为所对应的晶hklG?，（k h电子材料期末总结固体物理学部分物理的理论基础状态分类固定熔点没有固定熔点性无长程有序性科领域料料料又包括光电材料、温差电阻材料、集成电包括软磁材料、硬磁材料、磁记录材料。 第一章晶体结构单斜、立方、四方、正交、三角、六角。 32种点群，230种空间群。 有无限多个晶列，其中每一晶列都有一族平行的晶列之间的距离相等。 非共线结点组成的平面，同族晶面中，相邻两晶只是一种数学处理方法，它在分析与晶体周期性的关系c，b的倒格子是f。 晶面族的法线。 ）l电路材料、太阳的晶列与之对应，晶面的距离。 通常性有关的各种问题其中 5、倒易点阵和布里渊区在倒易点阵中，以某一格被这些平面分成许多包围近原点的平面所围成的区一对应的，因此，只有1第一布里渊区的形状只与晶胞中的原子数目无关。 6、布拉格定律 7、布拉格定律的应用1）、用已知波长的X射线面间距d，这就是结构分2）、用一种已知面间距的量求得X射线的波长，这从X射线的波长还可确定 8、系统消光（或结构振定义结构振幅为F各种晶胞的结构振幅B结构a.当H+K+L=奇b当H+K+L=f结构h+k=2n，k+l=2简单立方该种点阵其结射。 9、晶体结构金属晶体金属键；无方共价晶体的晶体结构共配位数和方向受限制（配分子晶体的晶体结构组离子晶体的晶体结构离其他几种材料结构非晶 10、典型晶体结构hklhkldG?2?G Rhkll?2?b na mR l?d sin2区格点为坐标原点，做所有倒格矢的垂直平分围原点的多面体区域，这些区域称做布里渊区域称做第一布里渊区。 倒易点阵和14种14种类型的倒易点阵和14中不同形状的第与晶体的布拉伐点阵的几何性质有关，与晶线去照射晶体，通过衍射角的测量求得晶体分析X射线衍射学；的晶体来反射从试样发射出来的X射线，通这就是X射线光谱学。 该法除可进行光谱结定试样的组成元素。 振幅）奇数时，F=0=偶数时，F=4f2n，l+h=2n，F=4f结构因数与HKL无关，即HKL为任意整数时方向性；原子呈圆球状密堆积共价键方向性、饱和性，配位须成键）组元为分子范氏力和氢键。 离子键，无方向性。 晶体、准晶体、液晶体。 mc l?n?n分面，道义空间渊区，其中最靠种晶体点阵是一第一布里渊区。 晶体的化学成分、体中各晶面的晶通过衍射角的测结构的研究外，时均能产生衍配位数指晶体结构中与任一原子最近邻且等距离的原子数,表征晶体中原子排列的紧密程度。 （离子的配位数越高，离子半径越大。 ）密堆度(APF)是晶胞中原子所占的体积分数APFnv/V式中n为晶胞中的原子数，v单个原子的体积，V晶胞的体积。 原子个数配位数密堆度B280.68F4120.74Hcp2120. 7411、晶体中的固溶现象定义凡溶质原子完全溶于固态溶剂中，并能保持溶剂元素的晶格类型所形成的物质相称为固溶体。 固溶体的分类1）、根据外来组元在主晶相中所处位置，可分为置换固溶体和间隙固溶体。 2）、按外来组元在主晶相中的固溶度，可分为连续型(无限型)固溶体和有限型固溶体。 影响因素1）、原子或离子尺寸的影响2）、晶体结构类型的影响3）、离子类型和键性的影响4）、电价因素影响 12、晶体中原子的两种堆垛方式六方密堆 (0001)面沿0001方向逐层堆垛而成，其刚球模型原子按ABABAB排列。 立方密堆:第一层与第二层与密排六方完全相同，第三层不与第一层重合，而是占据第一层的另三个三角形间隙，形成ABCABC顺序堆垛。 第二章金属电子论2.1Sommerfeld的自由电子论 1、自由电子模型1）、电子在一有限深度的方势阱中运动，电子间的相互作用可忽略不计；2）、电子按能量的分布遵从FermiDirac统计；3）、电子的填充满足Pauli不相容原理；4）、电子在运动中存在一定的散射机制。 2、在k空间中，电子态的分布是均匀的，只与金属的体积有关；在k空间中，电子的能态密度并不是均匀分布的，电子能量越高，能态密度就越大。 3、FermiDirac统计由于电子的填充必须遵从Pauli原理，所以，当T=0K时，在k空间中，电子从能量最低的原点开始填起，能量由低到高逐层向外填充，其等能面为球面，一直到所有电子都填完为止。 由于等能面为球面，所以，在k空间中，电子填充的部分为球体，称为Fermi球。 将Fermi球的表面称为Fermi面，Fermi面所对应的能量称为Fermi能E F0。 费米能费米半径费米动量费米速度FermiDirac分布函数系统的自由电子总数其中N(E)为能态密度结论与讨论1）、常温下可以不必2）、对电子Pauli顺磁附近的一小部分2.在定量计算金属性质数数为度，必考虑电子热容量的贡献。 磁有贡献的并不是金属所有的自由电子，而分电子。 2Sommerfeld展开式及其应用质时，常会遇到以下形式的积分和，这里，f(E)为而只是在费米面为FD分布函数，量计算金属的性 1、实验表明，热电子上式称为Richardson为功函数的势垒。 2、不同的金属有不同 1、定义将一通电的在第三个方 2、由Hall系数的测量且还是测量载流Hall效应就越明显 1、根据自由电子论，二价金属电导率反而 2、自由电子论无法解Cd等）； 3、自由电子论不能解 4、自由电子论不能解 5、自由电子论认为金情况下，金因此，为了解决这些杂的理论。 产生的背景由于Somm这样便需要就产生了，个原则周围两个基本假设1）、BornOppenheime位置上，因2）、HatreeFock平均场势能只与该，这种积分不能用精确的解析表达式积性质带来困难。 因此，我们对上述积分进行2.3功函数和接触电势子发射的电流密度为Dushman公式，其中，A为常数，（或脱出功），即电子逸出金同的功函数，由于热膨胀，W是温度的函数2.4Hall效应的导体放在磁场中，若磁场方向与电流方向方向上会产生电位差，这种现象称为Hall效量不仅可以判断载流子的种类（带正电还是流子浓度的重要手段。 载流子浓度越低，Hall显。 2.5自由电子模型的局限性金属的电导率?电子密度n，但为什么电（如Be、Mg、Zn、Cd等）和三价金属（如而低于一价金属（如Cu、Ag、Au等）；解释为什么有些金属的Hall系数会大于0（如解释为什么电子的平均自由程?会比相邻原子解释为什么固体材料会分成导体、半导体和金属费米面的形状为球面，但是，实验结果金属费米面的形状都不是球面。 些困难，我们需要考虑电子与晶格之间的相第三章能带理论merfeld自由电子近似在处理金属问题时遗要一个更为先进的理论来解决金属中的问题能带论中的电子运动受到晶格势的作用，围运动，而是可以在整个固体中运动。 er绝热近似所有原子核都周期性地静止因而忽略了电子与声子的碰撞。 场近似即假设每个电子所处的势场完全该电子的位置有关，而与其他电子的位置无出，因而给定行近似处理。 ，W金属所需克服数。 向垂直，那么，效应。 是带负电），而系数就越大，电子密度较大的如Al、In等）的如Al、In、Zn、子间距大得多；和绝缘体；果表明，在通常相互作用的更复遗留了许多问题，题，所以能带论不再只是在一排列在其格点相同，电子的无关。 1、在周期性势场中，电u k(r)=u k(r+R l)是以格 2、Bloch函数具有类似行3.2一维 1、近自由电子近似在电子看成是 1、背景由于近自由电子事实上内层 2、定义当晶体中原子因此，当电场的影响，可将孤立原扰。 这种方 3、原子能级与能带的对对于原子的内层电子，应关系。 对于原子外层电子，形一定有简单1.磁性材料的物理基础2.磁性材料的分类软3.磁性材料的基本性能与 1、物质的磁性原子磁P l=，P s物质磁矩等于所以原子 2、基本磁性参量磁场强度、磁化强度(M 3、物质磁性分类顺磁性起因于原子或磁质沿外场抗磁性是由于外磁场速度和微观抗磁性是由于外磁场速度和微观3.1Bloch定理电子波函数是布洛赫函数格矢R l为周期的周期函数。 行进平面波的形式。 周期场中电子运动的近自由电子近似在周期场中，电子的运动几乎是自由的，我是它的零级近似，而将周期场的影响看成小3.3紧束缚近似（TBA）子近似只能处理金属中的价电子，对内层电层电子受到原子实强烈的束缚作用。 子的间距较大，因而原子实对电子有相当强电子距某个原子实比较近时，电子的运动主这时电子的行为同孤立原子中电子的行为原子看成零级近似，而将其他原子势场的影方法称为紧束缚近似(Tight BindingApproxi对应形成的能带较窄，原子能级与能带之间有形成的能带就较宽，原子能级与能带之间就单的一一对应关系，可能会出现能带的重叠磁性材料部分物质的磁性、磁性的基本物理量软磁材料、永磁材料、磁记录材料与应用磁矩包括电子轨道磁矩和电子自旋磁矩s=子磁矩的和。 M)、磁感应强度(B)、磁导率和磁化率、或分子磁矩，在外加磁场作用下趋于沿外场场方向产生一定强度的附加磁场，顺磁性是场作用下，原子内的电子轨道绕场向运动，观环形电流，从而产生与外磁场方向相反的场作用下，原子内的电子轨道绕场向运动，观环形电流，从而产生与外磁场方向相反的，这里，似我们可以把自由小的微扰。 电子无能为力，强的束缚作用。 主要受该原子势为相似。 这时，影响看成小的微imation)。 有简单的一一对就比较复杂，不叠。 场方向排列，使是一种弱磁性。 获得附加的角的感生磁矩。 获得附加的角的感生磁矩。 亚铁磁性起因于原子或分子磁矩，在外加磁场作用下趋于沿外场方向排列，使磁质沿外场方向产生较高强度的附加磁场。 反铁磁性起因于原子或分子磁矩，在外加磁场作用下趋于沿外场方向排列，使磁质沿外场方向产生一定强度的附加磁场。 4、磁各向异性磁性材料在不同方向上具有不同磁性能的特性。 包括磁晶各向异性，形状各向异性，感生各向异性和应力各向异性等。 5、磁性材料磁化过程中发生沿磁化方向伸长(或缩短)，在垂直磁化方向上缩短(或伸长)的现象，叫做磁致伸缩。 6、每一个磁矩取向一致的自发磁化区域就叫做一个磁畴。 7、磁化过程磁性材料在外磁场作用下由宏观的无磁状态转变为有磁状态的过程。 磁化是通过磁畴的运动来实现。 8、磁性材料的稳定性 （1）温度稳定性磁性能随温度的变化。 （2）时间稳定性在某一特定工作环境下长期工作过程中磁性随时间的变化。 （3）化学稳定性在腐蚀介质的环境中磁性随时间的变化。 9、磁性材料分类:软磁材料Hc1000A/m(12.5Oe)第一章软磁材料 1、定义能够迅速响应外磁场的变化，能低损耗地获得高磁感应强度，既容易受外加磁场磁化和退磁的材料。 2、用途变压器、电机、电感与继电器的铁(磁)心；磁头与磁记录介质；计算机磁心等。 3、对软磁材料的基本要求有a.初始磁导率?i和最大磁导率?max要高；b.饱和磁感应强度Ms要高c.矫顽力Hc小；d.功率损耗P要低；e.高的稳定性 4、提高起始磁导率的途径:必要条件提高Ms并降低K 1、s的值。 充分条件降低杂质浓度，提高密度，增大晶粒尺寸，结构均匀化，消除内应力和气孔的影响。 这都与配方的选择和工艺条件密切相关。 5、金属软磁材料包括1）、电工纯铁2）、硅钢3）、坡莫合金4）、其他软磁合金 6、铁氧体的制备方法 7、非晶态软磁材料高高且硬度较高 1、用途磁带，磁盘等 2、要求材料具有高的子尺寸、粒子磁性的一致 1、用途提供永磁场。 2、主要性能要求高的济性。 3、主要种类铝镍钴系材料和复合粘结永磁材 4、主要永磁材料1）、铝镍钴系合金2）、永磁铁氧体3）、铁铬钴系合金 5、永磁体的制备方法主材第一节介质的极化 1、极化的定义介从而转变成偶极子的 2、极化率: 3、极化强度P 4、电介质极化系数 5、克劳修斯莫索蒂 6、介质极化类型和自发极化等。 7、极化基本形式极化5）自发极化 8、介电常数的温度第二节电介质的损耗 1、定义电场作用盐类分解法、化学共沉淀法、热压法等。 高磁导率和低矫顽力，磁各向同性；涡流损高；抗化学腐蚀能力强。 第二章磁记录材料等。 的剩余磁化强度、陡的BH曲线、大的B/H致性及合适的矫顽力值。 第三章永磁材料的磁能积，高的轿顽力，高的居里点，高稳系永磁合金、永磁铁氧体、铁铬钴系永磁合材料。 主要包括铸造法、粉末冶金(烧结)法和粘结法材料的介电性质部分介质内质点（原子、分子、离子）正负电荷的过程。 数P=0E蒂方程宏观介电常数r与微观极化率电子极化、离子极化、偶极子转向极化、1）位移式极化2）松弛极化3）转向极化度系数指随温度变化，介电常数的相对变下的能量损耗，由电能转变为其它形式的损耗小；强度较值、微细的粒稳定性，好的经合金、稀土永磁法。 荷重心的分离，之间的关系。 空间电荷极化化4）空间电荷变化率。 的能，如热能、光能等，统称为介质 2、介质损耗的形式 3、复介电常数的意P将比电场强度E落 4、介质弛豫在外质弛豫。 5、直流电压下，介 6、介质损耗受频率 7、降低材料的介质1）选择合适的2）改善主晶相3)尽量减少玻璃4）防止产生多5）注意焙烧气6)控制好最终烧第三节介电强度 1、击穿类型热击穿， 2、“雪崩”电击穿理论质绝缘状态）作为电后突然发生的，而“达到难以忍受的程度 3、防止表面放电的措